微型计算机原理及接口技术 第12章 8237

1、第十二章 8237A DMA控制器及PC/XT机的系统板nDMA数据传送方式（已在第六章讲过）nDMA控制器的功能n8237DMA控制器的两种工作状态n8237A的组成和工作原理DMA数据传送方式nDMA方式的提出nDMA数据传送方式概述DMA方式的提出n程序控制传送方式以CPU为中心，数据传送由CPU来控制n利用中断方式虽然可以提高效率，但也必须由CPU控制；CPU在执行中断服务程序、保护现场、恢复现场都会花费不少时间n总体评价：慢！不能满足高速数据传送的要求。n利用DMA可以实现高速数据传送！DMA数据传送方式概述n高速数据传送的需求nDMA方式特点nDMA方式传送数据路径nDMA方式的优

2、点nDMA方式不是万能的nDMA的应用场合高速数据传送的需求n某些外部设备的数据传送非常快！n例如：硬盘，其数据的最低传送速率达5MB/S。用程序控制方法传送数据的速率最高也只能达到530KB/S。因此完成硬盘与存储器之间的数据实时传送实际上是不可能的！n因此，在这种情况下，数据传送采用DMA方式。DMA方式特点nDMA-Direct Memory Accessn在存储器和外部设备之间，直接开辟高速的数据传送通路。n数据的传送过程不需要CPU介入，只用一个总线周期，就能完成存储器和外设之间的数据传送。DMA方式传送数据路径CPU外设存储器总线程序控制数据输入/输出DMA方式数据传送DMA方式的

3、优点n由DMAC提供源地址和目的地址；修改地址、控制传送操作的结束和发出传送控制信号都由DMAC承担。即DMA方式是一种由硬件代替软件的方法，因而数据传送的速度显著提高了。nDMA方式大大缩短了数据传送的响应时间。DMA方式不是万能的n在DMA方式传送数据时，CPU把总线的控制权让给DMAC，DMAC取代CPU控制总线，此时，CPU不能读取指令；n当DMAC控制总线时，CPU不能去检测和响应来自系统中其他设备的中断请求；nDMA传送也存在以下两个额外开销： 总线访问时间； DMAC的初始化，CPU要对DMAC写入控制字； n总之，采用DMA方式，会增加硬件投资，提高系统的成本！DMA控制器的功

4、能n能向CPU提出DMA请求，请求信号加到CPU的HOLD引脚上nCPU响应DMA请求后，DMA控制器从CPU那获得对总线的控制权，CPU暂停工作。n提供读/写存储器或I/O设备的各种命令n确定数据传输的起始地址和数据的长度，能自动修改地址和数据长度n数据传送完毕，发出结束DMA传送的信号8237DMA控制器的两种工作状态n从态方式：DMA控制器未取得总线控制权时，必须由CPU对DMA进行编程，以确定通道的选择、数据传送的方式和类型、内存单元起始地址、地址是递增还是递减、要传送的总字节数；CPU也可读取DMA的状态n主态方式：DMA控制器取得总线控制权后，系统完全在它的控制下，I/O设备和存储

5、器之间或存储器与存储器之间进行直接的数据传送8237A的组成和工作原理n8237A的内部结构n8237A的引脚功能n8237A的内部寄存器8237A的内部结构n时序与控制逻辑n优先级编码电路n数据和地址缓冲器n命令控制逻辑n内部寄存器组8237A引脚功能nCLK 时钟信号，输入nCS 片选信号nREADY 准备好nA3A0 DMAC的内部寄存器选择信号nDB7DB0 数据线nAEN 地址允许信号nADSTB 地址选通信号nIOR和IOW I/O读写信号nMEMR和MEMW 存储器读写信号nDREQ3DREQ0 通道30的DMA请求信号nHRQ和HLDA 保持请求和保持响应信号nDACK3DAC

6、K0 通道30的DMA响应信号nEOP 传输过程结束信号8237A的内部寄存器名称位数数量当前地址寄存器164（每通道一个）当前字计数寄存器164（每通道一个）基地址寄存器164（每通道一个）基字计数寄存器164（每通道一个）工作方式寄存器64（每通道一个）命令寄存器81（4个通道公用一个）状态寄存器81（4个通道公用一个）请求寄存器41（每通道1位）屏蔽寄存器41（每通道1位）暂存寄存器81（每通道1位）当前地址寄存器n每个通道都有一个16位的当前地址寄存器，用于存放DMA传送的存储器地址值。n每传送一个数据，地址值自动增1或减1，以指向下一个存储单元。当前字计数寄存器n每个通道都有一个16

7、位的当前字计数寄存器，它的初值比实际传送的字节数少1，该值是在编程状态下由CPU写入的。n在进行DMA传送时，每传送一个字节，字计数器的内容自动减1，当它的值减为0，再由0减到FFFFH，将产生终止计数信号TC。基地址寄存器n每个通道都有一个16位的基地址寄存器，它用来存放对应通道当前地址寄存器的初值，该值是在CPU对DMA控制器进行编程时，与当前地址寄存器的值一起被写入的，即两个寄存器有相同的写入端口地址，编程时写入相同的内容。n但基地址寄存器的内容不能被CPU读出，也不能被修改。当执行自动预置操作时，使当前地址寄存器能恢复到初始值。基字计数寄存器n每个通道都有一个16位基字计数寄存器。用于

8、存放对应通道当前字计数器的初值，该值也是在CPU对8237A进行编程时与当前字计数器一起写入的，且两者具有相同的写入端口，写入相同的内容。n该寄存器的内容也不能被CPU读出，主要用于自动预置操作时使当前字计数器恢复初值。工作方式寄存器n每个通道都有一个6位的工作方式寄存器，用于选择DMA的传送方式和类型。工作方式字的格式D7D600请求传送方式01单字节传送方式10数据块传送方式11级联传送方式D50地址增1地址减11D40禁止自动预置1允许自动预置D3D200校验传送写传送0110读传送11非法D1D000选择通道0选择通道10110选择通道211选择通道3命令寄存器n命令是一个8位寄存器，

9、用来控制8237A的操作。编程状态时，由CPU对它进行编程，设置8237A的操作方式，复位时将其清除。命令字的格式D70DACK低电平有效1DACK高电平有效D60DREQ低电平有效1DREQ高电平有效D50不扩展写选择D3=1时不起作用1扩展写选择D40固定优先权1循环优先权D30正常时序D0=1时不起作用1压缩时序D20允许8237A操作1禁止8237A操作D10禁止通道0地址保持不变D0=0时不起作用1允许通道0地址保持不变D00禁止存储器到存储器传送1允许存储器到存储器传送请求寄存器n在DMA内部有一个4位的请求寄存器，每位对应一个通道。n相应请求位置1，对应的通道可产生DMA请求，清

10、0时不产生请求。请求字的格式D7D6D5D4D3无关D20复位请求位1置位请求位D1D000选择通道0选择通道10110选择通道211选择通道3屏蔽寄存器nDMA内部有一个4位的屏蔽寄存器，每位对应一个通道。n相应屏蔽位置1时，禁止对应通道的DREQ请求进入请求寄存器，屏蔽位复位时，允许DREQ请求。状态寄存器nDMA内部的8位状态寄存器用来存放状态信息，供CPU读出。暂存寄存器n在存储器到存储器传送时，暂存寄存器用来保存所传送的数据。n当传送完毕，暂存寄存器中始终保存着最后一个传送的数据字节，可以用RESET信号清除。软件命令n在编程状态，DMA可执行3个附加的特殊软件命令，这3个软件命令不

11、关心数据的具体格式，只要对特定的端口地址进行一次写操作，命令就生效。n清除先/后触发器n主清命令n清除屏蔽寄存器各寄存器对应的端口地址I/O口地址寄存器读写00H通道0当前地址寄存器通道0基地址与当前地址寄存器01H通道0当前字计数寄存器通道0基字计数与当前字计数寄存器02H通道1当前地址寄存器通道1基地址与当前地址寄存器03H通道1当前字计数寄存器通道1基字计数与当前字计数寄存器04H通道2当前地址寄存器通道2基地址与当前地址寄存器05H通道2当前字计数寄存器通道2基字计数与当前字计数寄存器06H通道3当前地址寄存器通道3基地址与当前地址寄存器07H通道3当前字计数寄存器通道3基字计数与当前

12、字计数寄存器08H状态寄存器命令寄存器09H请求寄存器0AH屏蔽寄存器0BH工作方式寄存器0CH清除先/后触发器0DH暂存寄存器主清命令寄存器0EH屏蔽寄存器（清除屏蔽）0FH屏蔽寄存器（主屏蔽字）8237A的时序n外设和内存间的DMA数据传送时序n8237A有两个主要的工作周期，即空闲周期（IDLE CYCLE）和有效周期（ACTIVE CYCLE）。n每个周期由若干个状态构成。n空闲周期、有效周期和扩展写周期n空闲周期：系统复位后或无DMA请求时处于空闲周期，这时DMA处于从态n有效周期：当外部向DMAC发出DMA请求，可处于有效周期，DMAC处于主态n扩展写周期：8237A的编程和应用举例nPC/XT机中的DMA的控制逻辑n8237A的一般编程方法nPC/XT机上的DMA控制器的使用PC/XT机中的DMA的控制逻辑n各通道的功能n通道0：用于动态RAM的刷新n通道1：保留n通道2：用于软盘的DMA传送n通道3：用于硬盘的DMA传送8237A的编程方法n编程步骤：n 输出主清命令，使8237A复位n 写入基地址和现行地址寄存器，确定起始地址n 写入基字和现行字计数器，确定要传送的字节数n 写入方式字，指定工作方式